一种具有高遮盖力、高耐候性和高白度二氧化钛颜料的制备方法

摘要

一种具有高遮盖力、高耐候性和高白度二氧化钛颜料的制备方法，采用二氧化钛初品，在水中打浆，配制成浆料，加入水溶性硅酸盐溶液作为分散剂，熟化后进行研磨处理；对浆料升温，加入水溶性硅酸盐溶液，采用无机酸调pH值，熟化后形成致密水合无定型氧化硅膜；再次加入水溶性硅酸盐溶液，采用酸性含铝化合物维持浆料pH值，熟化后形成疏松多孔以水合硅酸铝为主的膜层，保证高遮盖力及白度性能；最后包覆疏松水合氧化铝膜，保证产品优异分散性能；过滤洗涤、干燥、气粉，袋滤器回收得到成品。优点是：该方法制备的二氧化钛颜料除遮盖力优异外，具有高耐候、白度好，生产成本低，可以广泛用于平光、亚光的建筑涂料和油墨等有高干遮盖力要求的领域。

说明书

技术领域

本发明涉及的是化工领域中一种具有高遮盖力、高耐候性、高白度二氧化钛颜料的制备方法。

背景技术

钛白粉是最重要精细化工原料之一，因折射率高、消色力和遮盖力高而成为用途最广的白色颜料，被称为“白色颜料之王”。 被广泛应由于涂料、塑料、造纸、橡胶、化学纤维等工业生产中。其中涂料行业使用钛白粉量最大，约占总量的60%以上，钛白粉颜料是涂料的重要组成部分，其目的是起遮盖和赋以涂层色彩及耐久性的作用，涂料的质量在很大程度上取决于颜料的质量。建筑乳胶漆作为水性涂料中的一种，具有绿色、环保的特点，近年来越发受到客户的青睐。随着建筑涂料使用量的增加，高档建筑涂料对颜料的遮盖力、耐候性、白度等指标提出了越来越高的要求。建筑乳胶漆涂料具有高颜料体积浓度，其遮盖力是由二氧化钛颜料与孔隙中空气的折射率之差以及二氧化钛颜料与乳液树脂和二氧化钛颜料与水的折射率之差共同决定，因此对二氧化钛颜料进行重度包膜处理，增加二氧化钛颜料的表面孔隙率来提高二氧化钛颜料在乳胶漆涂料中的遮盖力性能已成为了一门广泛的技术。

US 3510335公开了一种在二氧化钛-氧化铝氧化物表面包覆疏松多孔二氧化硅膜层，经300℃-1000℃煅烧工艺后，制备的一种抗变色和高遮盖力钛白粉的方法。US 3437502公开了一种二氧化钛颜料的生产方法，通过在二氧化钛粒子表面包覆一层致密氧化硅膜、氧化铝膜，从而获得一种具有高遮盖力和在水性涂料配方中良好分散性的二氧化钛颜料。

中国专利CN101885926公布了一种高遮盖力金红石型钛白粉的生产方法，通过酸性包覆致密水合氧化硅膜、疏松水合氧化硅膜和氧化铝膜，提高产品的遮盖力，并保持其高白度和基本的耐候性能的方法。

目前，国内外钛白粉性能（如遮盖力、耐候性、白度）的提高一般采用包覆的方式实现。经过大量的实验研究发现，二氧化钛经水合氧化硅，氧化铝表面包覆，确实对产品的遮盖力性能有提高作用，但对产品白度性能会带来不利影响，采用酸性水合氧化硅包膜产品的白度指标虽有所改善，但牺牲了产品的耐候性能。因此，一种在提高产品遮盖力基础上可以同时提高产品的耐候性和白度的包覆方法亟待开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二氧化钛颜料的制备方法，该方法制得的二氧化钛颜料在建筑涂料中应用，不但具有高遮盖力，同时具有耐候性高、白度好以及着色力高的特点，制备的二氧化钛颜料具有中色底相，具有易于配色的优点。

一种高遮盖力二氧化钛颜料的制备方法，其具体步骤如下：

（1）采用氯化法制备的金红石型二氧化钛初品，使用脱离子水打浆得到质量浓度为20%-30%的二氧化钛浆料，用无机碱液调节浆料pH值至8.5～10.5；加入水溶性硅酸盐溶液作为分散剂，水溶性硅酸盐溶液的加入量以SiO₂占TiO₂重量计为0.2%～0.5%，分散20min～40min，并进行研磨处理；

（2）将研磨后的浆料升温至50℃～70℃，并在整个包膜过程维持此温度；

（3）一次性加入水溶性硅酸盐溶液，水溶性硅酸盐溶液的加入量以SiO₂占TiO₂重量计为2.0%～4.0%，在60min～90min内用质量浓度为5%～15%的无机酸溶液将浆料pH值至6.0～7.0，熟化30～60min，形成致密水合无定型氧化硅膜；

（4）在30min～60min内，加入水溶性硅酸盐溶液，水溶性硅酸盐溶液的加入量以SiO₂占TiO₂重量计为5.0%～10.0%，同时用酸性铝酸盐溶液维持浆料pH值7.0，熟化30min～60min，形成疏松多孔水合硅酸铝膜；

（5）在30min～60min内，加入水溶性碱性铝盐溶液，其中水溶性碱性铝盐溶液的加入量以Al₂O₃占TiO₂重量计为3.0%～8.0%，加入无机酸溶液或酸性铝盐溶液维持浆料pH值7.0～8.0，熟化60min～120min，形成疏松水合氧化铝膜；

（6）将步骤（5）中熟化的浆料用50℃～80℃去离子水洗至滤饼电导率大于15000Ω·cm，再进行干燥、汽粉处理，制得高遮盖力二氧化钛颜料。

进一步的，步骤（1）、（3）和（4）中所述水溶性硅酸盐溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液，水溶性硅酸盐溶液浓度以SiO₂计为100>

进一步的，步骤（1）中所述无机碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾中溶液至少一种。

进一步的，步骤（4）和（5）中所述酸性铝盐溶液为三氯化铝溶液、硝酸铝溶液、硫酸铝溶液中至少一种，酸性铝盐溶液浓度以Al₂O₃计为80>

进一步的，步骤（5）所述水溶性碱性铝盐溶液为水溶性铝酸钠溶液或水溶性铝酸钾溶液，水溶性铝酸盐溶液浓度以Al₂O₃计为100>

进一步的，步骤（3）和（5）所述无机酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液中至少一种。

进一步的，研磨处理，使二氧化钛浆料平均粒径为250nm～450nm，粒度分布均以数量计，超过500nm 的比例不超过10％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

以氯化法金红石型二氧化钛氧化初品作为制备目标产物的原料，具有粒子接近球型比例高、平均粒径和粒度分布较佳等特点。产品采用适当的包覆层组合，其中第一层采用致密水合氧化硅包膜，有效弥补了产品的光化学点，保证产品的优异的耐候性能；通过设定包覆温度，控制反应pH值以及包覆材料浓度，来调节包覆的密度，成功引进超微细硅酸铝膜层为第二主膜层，该主膜层为网状膜层，具有较多的孔隙率，从而保证了产品的高干遮盖和高白度性能；最外层包覆疏松氧化铝，保证了二氧化钛颜料具有优异的分散性能及过滤性能。该方法在传统包覆水合氧化硅，氧化铝的基础上，成功引进网状结构的水合硅酸铝包覆，不仅遮盖力与耐候性俱佳，而且白度也非常优异。制得的二氧化钛颜料具有高干遮盖力、耐候性及优异的白度，可以广泛用于平光、亚光的建筑涂料和油墨等有高干遮盖力要求的领域。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述，但本发明的应用范围应用不仅仅局限于实施例，在不脱离本发明技术思想的前提下，做出的各种替换和变更，均应在本发明的范围内。

实施例1

1.1、称取氯化法制备的金红石二氧化钛初品粉体400g，加入去离子水配制成浓度为20wt%的浆料，整个包膜工艺采pH计检测浆料pH值，用氢氧化钠溶液调节浆料pH至8.5，加入硅酸钠溶液，硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为100g/L，硅酸钠溶液的加入量以硅酸钠中SiO₂占TiO₂重量计为0.2%，分散20min；然后进行研磨，使浆料平均粒径为300nm，粒度分布均以数量计，超过500nm的比例为8％，从浆料中除去研磨介质；

1.2、将研磨后的浆料加热升温至50℃，并在整个包膜过程维持此温度；

1.3、一次性加入2.0%（以硅酸钠中SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，其浓度以SiO₂计为100>

1.4、在30min内将10.0%（以硅酸钠中SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液均匀加入浆料中，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为100>

1.5、30min内将3.0%（以偏铝酸钠中Al₂O₃占TiO₂重量计）水溶性偏铝酸钠溶液均匀加入浆料中，水溶性偏铝酸钠溶液的浓度为100>

1.6、将步骤1.5中熟化的浆料用50℃去离子水洗至滤饼电阻率为15000Ω·cm，经过过滤、干燥，再进行汽粉处理，制得高遮盖力二氧化钛颜料。

实施例2

1.1、称取氯化法制备的金红石二氧化钛初品粉体400g，加入去离子水配制成浓度为30%的浆料，整个包膜工艺采pH计检测浆料pH值，用氢氧化钾溶液调节浆料pH至10.5，加入硅酸钾溶液，硅酸钾溶液的浓度以SiO₂计为200g/L，硅酸钾溶液的加入量以硅酸钾中SiO₂占TiO₂重量计为0.5%，分散40min；然后进行研磨，使浆料平均粒径为450nm，粒度分布均以数量计，超过500nm的比例为9％，从水浆中除去研磨介质；

1.2、将研磨后的浆料加热升温至70℃，并在整个包膜过程维持此温度；

1.3、一次性加入4.0%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钾溶液，其浓度以SiO₂计为200>

1.4、在60min内加入5.0%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钾溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为200>

1.5、60min内加入8.0%（以Al₂O₃占TiO₂重量计）水溶性偏铝酸钾溶液，水溶性偏铝酸钾溶液的浓度为200>

1.7、将步骤1.5中浆料用80℃去离子水洗至滤饼电阻率为22000Ω·cm，经过过滤、干燥，再进行汽粉处理，制得高遮盖二氧化钛颜料。

实施例3

1.1、称取氯化法制备的金红石二氧化钛初品粉体400g，加入去离子水配制成浓度为25%的浆料，整个包膜工艺采pH计检测浆料pH值，用氢氧化钾溶液调节浆料pH至9.5，加入硅酸钠溶液，硅酸纳溶液的浓度以SiO₂计为150g/L，硅酸钠溶液的加入量以硅酸钠中二氧化硅占二氧化钛初品重量计为0.3%，分散30min；然后进行研磨，使浆料平均粒径为250nm，粒度分布均以数量计，超过500nm的比例为8.5％，从水浆中除去研磨介质；

1.2、将研磨后的浆料加热升温至60℃，并在整个包膜过程维持此温度；

1.3、一次性加入3.5%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为150g/L，在90min内用质量百分浓度为10%硝酸溶液均匀将浆料pH调至6.5，熟化60min，形成致密水合无定型氧化硅膜；

1.4、在45min内加入7.5%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为150>

1.5、45min内加入4.5%（以Al₂O₃占TiO₂重量计）水溶性偏铝酸钠溶液，水溶性偏铝酸钠溶液的浓度为150>

1.6、将步骤1.5中浆料用60℃去离子水洗至滤饼电阻率为15000Ω·cm，经过过滤、干燥，再进行汽粉处理，制得高遮盖二氧化钛颜料。

对比例1

1.1、称取氯化法制备的金红石二氧化钛初品粉体400g，加入去离子水配制成浓度为25%的浆料，整个包膜工艺采pH计检测浆料pH值，用氢氧化钾溶液调节浆料pH至9.5，加入硅酸钠溶液，硅酸纳溶液的浓度以SiO₂计为150g/L，硅酸钠溶液的加入量以硅酸钠中二氧化硅占二氧化钛初品重量计为0.3%，分散30min；然后进行研磨，使浆料平均粒径为250nm，粒度分布均以数量计，超过500nm的比例为8.5％，从水浆中除去研磨介质；

1.2、将研磨后的浆料加热升温至60℃，并在整个包膜过程维持此温度；

1.3、在60min内加入11.0%（以SiO2占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为150>

1.4、45min内加入4.5%（以Al₂O₃占TiO₂重量计）水溶性偏铝酸钠溶液，水溶性偏铝酸钠溶液的浓度为150>

1.5、将步骤1.5中浆料用60℃去离子水洗至滤饼电阻率为15000Ω·cm，经过过滤、干燥，再进行汽粉处理，制得高遮盖二氧化钛颜料。

对比例2

1.1、称取氯化法制备的金红石二氧化钛初品粉体400g，加入去离子水配制成浓度为25%的浆料，整个包膜工艺采pH计检测浆料pH值，用氢氧化钾溶液调节浆料pH至9.5，加入硅酸钠溶液，硅酸纳溶液的浓度以SiO₂计为150g/L，硅酸钠溶液的加入量以硅酸钠中二氧化硅占二氧化钛初品重量计为0.3%，分散30min；然后进行研磨，使浆料平均粒径为250nm，粒度分布均以数量计，超过500nm的比例为8.5％，从水浆中除去研磨介质；

1.2、将研磨后的浆料加热升温至60℃，并在整个包膜过程维持此温度；

1.3、一次性加入3.5%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为150g/L，在90min内用质量百分浓度为10%硝酸溶液均匀将浆料pH调至6.5，熟化60min，形成致密水合无定型氧化硅膜；

1.4、在45min内加入7.5%（以SiO₂占TiO₂重量计）水溶性硅酸钠溶液，水溶性硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为150>

1.5、45min内加入4.5%（以Al₂O₃占TiO₂重量计）水溶性偏铝酸钠溶液，水溶性偏铝酸钠溶液的浓度为150>

1.6、将步骤1.5中浆料用60℃去离子水洗至滤饼电阻率为15000Ω·cm，经过过滤、干燥，再进行汽粉处理，制得高遮盖二氧化钛颜料。

将实施例1～实施例3、对比例1、对比例2制备的二氧化钛颜料检测结果如表1所示。其中遮盖力、白度指标为上述产品在高颜料体积浓度的乳胶漆配方中制成漆板后的检测结果，白度检测方式为取适量制备好的乳胶漆料，置于规定白板上，采用自动涂布机制备漆板，晾干后，采用分光光度计检测漆板白度值，数值越大，白度越好。表1为实施例中产品的相关指标和应用指标。

表1

L酸溶性比表面积遮盖力白度实施例198.350.5855.493.792.9实施例298.330.4151.392.992.1实施例398.300.4554.193.292.5对比例198.361.9356.290.692.8对比例298.250.4242.588.591.4

从上表实施例1-例3对比可以看出：上述三个样品的相关指标和应用指标亮度、酸溶性、比表面积及漆板遮盖力、白度指标差异很小；酸溶性（即耐候性）与致密硅包膜条件有关，即膜层越致密，耐候性越好；比表面积指标与产品的包覆层致密性有关，膜层越疏松，比表面积越大，产品在乳胶漆制备漆板中的遮盖力性能越好。

在对比例1与实施例3比对结果可看出，取消包覆致密硅膜后，增加包覆疏松硅膜量，产品的比表面积增大，产品在漆板中的遮盖力也相对提高，但产品的酸溶性（耐候性）指标变差很多，不能很好满足乳胶漆。

对比例2与实施例3比对结果可看出，包覆水合硅酸铝替代水合氧化硅膜，产品的酸溶性（耐候性）指标相当，但产品比表面积表小，产品在漆板中的遮盖力、白度降低很多，与本发明产品有较大差距。

由此可见，按照本发明的特定制备方法生产的二氧化钛颜料在高颜料体积浓度乳胶漆涂料中具备了高遮盖力、高白度、耐候性能佳的特点，而且采用该方法制备二氧化钛颜料生产成本低，原料利用率高，有利于节能环保。